Перенос тепловой энергии по трубам

В системе отопления множество труб, которые друг с другом соединены: Параллельно и последовательно. Теплоноситель, протекающий по трубам - движется в каждой отдельной трубке по-разному. Где-то движется быстрее где-то медленно.

Теплоноситель - это среда, которая переносит температуру, посредством ее движения по трубам. Теплоноситель, проходя через котел, набирает температуру, далее протекает по трубам и, проходя через отопительный прибор (радиатор, теплый пол), теряет тепло в каком-либо количестве. Остывший теплоноситель вновь попадает в котел и цикл повторяется.

Существуют физические законы переноса тепла , которые дают полезные формулы. Эти формулы позволяют точно рассчитать, сколько тепла теряется или приобретается теплоносителем. Причем это формула универсальная и подходит абсолютно для любого отопительного прибора: Радиатор, калорифер, теплый водяной пол, бойлер и тому подобное. Можно даже всю систему отопления рассматривать как отопительный прибор и применить расчеты для всей системы отопления - оптом. Также формула работает и в обратном смысле, это когда нужно рассчитать, сколько тепловой энергии принимает теплоноситель, проходя через котельное оборудование.

За единицу переноса тепла теплоносителем - выбран его объем (м³). То есть, сколько проходит объема той или иной температуры, точно характеризует количество потраченной или приобретенной тепловой энергии. То есть скорость теплоносителя в трубе не принимается в расчет. Самое главное уметь высчитывать, количество пройденного объема теплоносителя.

Например, зная расход теплоносителя и потерю температуры, можно точно найти, сколько тратиться тепловой энергии.

Расход - это количество пройденного объема теплоносителя через трубу, измеряется объемом (метр кубический [м³]).

Потеря температуры - это разница температур между входящим теплоносителем в отопительный прибор и выходящим из отопительного прибора.

Температурный напор - это понятие выражается обычно для того, чтобы обозначить разницу температур между двумя различными телами (средами). Например, разницу между температурой подающего и обратного теплоносителя. Также температурным напором можно обозначить разницу между температурой воздуха в помещение и температурой нагретого радиатора или теплого пола. Чем выше температурный напор, тем больше передается тепловой энергии.

Теплоноситель обладает теплоемкостью, которая характеризует его способность принимать количество тепловой энергии. Чем больше теплоемкость теплоносителя, тем больше он может принять на себя тепловую энергию. Тем самым больше перенести тепловой энергии. То есть, чем больше теплоемкость, тем меньше требуется расход теплоносителя.

Из всех известных теплоносителей вода обладает самой большой теплоемкостью. Антифризы, незамерзающие жидкости обладают меньшей теплоемкостью, примерно на 10%. То есть теплоемкость антифриза может быть меньше на 10%. Мощность отопительных приборов не стоит увеличивать. Необходимо увеличивать расход или уменьшать гидравлическое сопротивление системы. Также антифриз является более вязким веществом и в отличие от воды сильнее сопротивляется движению. То есть система отопления на антифризе имеет большее сопротивление, чем, если бы она была заправлена обычной водой. Сопротивление системы отопления на антифризе может увеличиться до 30%.

На счет сопротивления поговорим в других статьях, где подробно посчитаем сопротивление системы на воде и антифризе.

В принципе цифры небольшие и обычно, когда меняют обычную воду на антифриз не прибегают к дополнительным мерам по улучшению характеристик систем отопления. Просто, обычно в систему отопления закладываются дополнительные ресурсы производительности, которые антифризом не уменьшишь до критического положения.

Любой антифриз обладает сильной текучестью. То есть на стыках труб могут быть микроскопические щели проходы, через которые вода не проходит, а антифриз может пройти.

Также антифриз очень пагубно влияет на систему отопления. Нужно учесть, что антифриз сильно разрушает некоторые металлы и сплавы в отличие от воды. То есть система отопления на антифризе прослужит меньше чем на воде. Рекомендую за место обычной воды заливать дистилированную воду, она меньше разрушает металлы. Также антифриз разбавляйте дистилированной водой.

В некоторых краях земли воды имеют сильные отклонения в сторону (кислотности, щелочности) и поэтому если у вас железные трубы и различные металлы, то следует для систем отопления подготовить воду. Вода должна быть стабильной. Кстати алюминиевые радиаторы тоже подвержены коррозии. В природе нет идеальных металлов. Различные металлы с различной степенью отличаются друг от друга и в различной жидкости ведут себя по разному.

Стабильность воды - это величина, характеризующяя состояние воды, на предмет содержания в ней определенного количества свободной и равновесной углекислоты, которая дает оценку отклонения от требуемого баланса углекислоты стабильной воды. Стабильная вода - это вода, которая содержит одинаковое количество свободной и равновесной углекислоты, то есть соблюдается основное карбонатное равновесие.

Не стабильная вода разрушает стальной трубопровод. При повышенном содержании свободной углекислоты вода ста¬новится коррозионно-агрессивной по отношению к конструкционным материалам, в частности, к бетону и железу.

При использовании воды в коммунальном хозяйстве, в промышленности чрезвычайно важно учитывать фактор стабильности. Для поддержания стабильности воды регулируют водородный показатель, щелочность или карбонатную жесткость. Если вода оказывается коррозионно-активной (например, при обессоливании, умягчении), то перед подачей в линию потребления ее следует обогатить карбонатами кальция или провести подщелачивание; если, напротив, вода склонна к выделению карбонатных осадков, требуется их удаление или подкисление воды.

Контроль происходит методом дозирования. Дозирование производится пропорционально в прямой зависимости от объема жидкости прошедшей через расходомер.

Теплоемкость антифриза при температуре 50 °С (с характером замерзания -40 °С):

Данные теплоемкости различных жидкостях можно находить в специальных таблицах.

Рассмотрим простенькую схему

Предположим, что при определенных найденных параметрах, мы установили, что расход системы отопления равен:

Теплоносителем является вода, его теплоемкость равна:

Измерили температуру на подающем и обратном трубопроводе:

Найти мощность (тепловую энергию) теряемая системой отопления.

Для решения используется универсальная формула:

Просто вставляем наши значения, не забывайте учитывать единицы измерения.

По такой формуле работают тепловые счетчики.

Ответ: Система отопления потребляет 30кВт. В течение дня и времени года эта цифра меняется, в зависимости от теплопотерь отопительных приборов.

Очень важно понять расход системы отопления. Если вы даже знаете, что ваш насос качает максимум 40 литров в минуту, это не означает, что Ваш насос столько качает. Все зависит от сопротивления системы отопления. Чем больше сопротивление системы, тем меньше расход. Очень часто на практике сталкивался с засоренными фильтрами грязевиками, которые уменьшают общий расход системы отопления.

Точным расчетом будет, если вы поставите водяной счетчик расхода на систему отопления. Только через водяной счетчик Вы сможете точно узнать расход вашей системы отопления, а потом по характеристикам насоса можете привести сопротивление системы.

Сопротивления системы и более масштабные расчеты будем проводить в другой статье.